【正文】 課設總結(jié)人：周孝紅 20211211 參考文獻 27 參考文獻 【 1】 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) —— 運動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社，2021 【 2】 楊蔭福、段善旭、朝澤云 .電力電子裝置及系統(tǒng) .北京：清 華大學出版社， 2021 【 3】 王兆安、黃俊 .電力電子技術 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 【 4】 李發(fā)海、王巖 .電機拖動基礎 .第三版 .北京：清華大學出版社， 2021 【 5】 李友善 .自動控制原理 .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 。 生活如此，生命也如此。 其實，在這次課程設計中，我遇到了很多問題，除了自己查閱資料 ，和同學討論，再加上雷老師耐心的指導，基本所以問題都解決了。本次課程設計除了自己設計與計算調(diào)節(jié)器的參數(shù)外，還用了 Simulink 仿真。直到 這次課設，老師給我們講解了雙閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)的設計，還講了其在生活中的應用。 對于運控 這門 課程， 只是上課聽老師講一些理論的東西，對它在現(xiàn)實生活的應用并不了解，也不知道其具體到生活中都有哪些作用。 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù) 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取 h=5，則 ASR 的超前時間常數(shù)為： shT nn ???? ?? 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為： 22222 62 1 ?? ?????? sThhKnN ASR 的比例系數(shù)為： )1( ????? ?????? ? n men RTh TChK ? ? 檢驗近似條件 轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為 11 ?????? sKK nNN ??? 1) 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為 ???? sTKiI 滿足近似條件 2) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為 ??? sTK onI 滿足近似條件 ssKsW nnnASR )1()( ?? ??第三章 調(diào)節(jié)器的工程設計 21 計算調(diào)節(jié)器電阻和電容 圖 PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的組成 取 R0=40k? ，則 ；取 ??????? kkkRKR nn 4 0 0 ；取 FFFRC nnn ??? 3 ???? FFFRTC onon ?? 221040 30 取????? 當 h=5 時，查詢典型Ⅱ 型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標的表格可以看出%?n? ，不能滿足設計要求，需要添加微分負反饋： sThh ndn 2541 24 ??? ???????? FFFRC dndn ??? 30 取???? 第三章 調(diào)節(jié)器的工程設計 22 ????? 取kFCTR dnondn ? 第四章 Simulink仿真 23 第 四 章 Simulink 仿真 電流 環(huán)的仿真 設計 校正后電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關計算， 在 matlab 中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖： 圖 電流環(huán)的仿真模型 圖 電流環(huán)的仿真結(jié)果 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真設計 校正后電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過化簡和相關計算， 在 matlab 中搭建好系統(tǒng)的模型，如下圖： 第四章 Simulink仿真 24 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果 第四章 Simulink仿真 25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真設計 圖 雙閉環(huán)的仿真模型 0 2 4 6 8 10050100150200250300350400 圖 雙閉環(huán)的仿真結(jié)果 課程設計總結(jié) 26 課程設計總結(jié) 時光飛逝，歲月如梭，轉(zhuǎn)瞬間，一周的運控課設就這樣匆匆結(jié)束了，仍有種意猶未盡的感覺。按小時間常數(shù)近似處理，取 sTKT onIn ?????? 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負載擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中，現(xiàn)在在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應該設計成典型 Ⅱ 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。由電流環(huán)參數(shù)可知 KIT∑i=， 則 sTK iI ???? ? 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù) Ton。 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù) 電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： ?i=Tl=。 電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型 I 型系統(tǒng)，顯然應采用 PI 型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 第三章 調(diào)節(jié)器的工程設計 16 （ 25） 式中 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ?i — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù) 。 電力拖動系統(tǒng)機電時間常 Tm=。 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 T∑i=Ts+Toi= + =。 整流裝置滯后時間常數(shù) Ts=。 電磁時間常數(shù) Tl=,機電時間常數(shù)Tm= 電流反饋時 間常數(shù) Toi=, 轉(zhuǎn)速 反饋濾波 時間常數(shù)Ton=。 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成 U*i(s) /? ，則電流環(huán)便 等效成單位負反饋系統(tǒng)。這時，電流環(huán)如圖 所示 。這樣，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，電流環(huán)的控制對象是一個雙慣性環(huán)節(jié)，要將其設計成典型Ⅰ型系統(tǒng)，同理，經(jīng)過小慣性環(huán)節(jié)的近似處理后，轉(zhuǎn)速環(huán)的被控對象形如式 (21)。至于轉(zhuǎn)速環(huán)，穩(wěn)態(tài)無靜差是最根本的要求，所以轉(zhuǎn)速環(huán)通常設計為Ⅱ型系統(tǒng)。因此，通常為了保證穩(wěn)定性和一定的穩(wěn)態(tài)精度，多用Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)，典型的Ⅰ型、Ⅱ型系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數(shù)為 )1()( ?? Tss KsW （ 21） )1( )1()( 2 ??? Tss sKsW ? （ 22） 一般說來典型Ⅰ型系統(tǒng)在動態(tài)跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗憂性能差；而典型Ⅱ型系統(tǒng)的超調(diào)量相對要大一些而抗擾性能卻比較好。 Ⅰ型 系統(tǒng)與Ⅱ型系統(tǒng)的性能比較 許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)可表示為： ? ?? ?? ???????? nijrmjjsTssKsW1111? 第三章 調(diào)節(jié)器的工程設計 13 根據(jù) W(s)中積分環(huán)節(jié)個數(shù)的不同，將該控制系統(tǒng)稱為 0 型、Ⅰ型、Ⅱ型??系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程設計包括確定典型系統(tǒng)、選擇調(diào)節(jié)器類型、計算調(diào)節(jié)器參數(shù)、計算調(diào)節(jié)器電路參數(shù)、校驗等內(nèi)容。 為了解決上述問題，就必須對轉(zhuǎn)速、電流兩個調(diào)節(jié)器的進行優(yōu)化設計，以滿足系統(tǒng)的需要。采用飽和非線性控制的方法實現(xiàn)準時間最優(yōu)控制是一種很有實用價值的控制策略，在各種多環(huán)控制中得到普遍應用。 （ 3）準時間最優(yōu)控制：在設備允許條件下實現(xiàn)最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于電力拖動系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。 （ 2）轉(zhuǎn)速超調(diào)：當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 采用 PI調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。故雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)和動態(tài)品質(zhì)。 ASR的輸出電壓為 Lfigi IUU ??? （ 14） ACR 的輸出電壓為 sLgek K RInCU ??? （ 15） 第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 11 由上述可知，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在啟動過程的大 部分時間內(nèi)， ASR 處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開路，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，從而可基本上實現(xiàn)理想過程。在這個階段中 ASR 與 ACR 同時發(fā)揮作用，由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在外環(huán)，ASR 處于主導地位，而 ACR 的作用則力圖使 aI盡快地跟隨 ASR 輸出giU的變化。超調(diào)后， 0,0 ??? nfn UU ，使 ASR 退出飽和，其輸出電壓（也就是 ACR 的給定電壓）gi才從限幅值降下來， dk UU與也隨之降了下來，但是，由于 aI仍大于負載電流 LI，在開始一段時間內(nèi)轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。開始時轉(zhuǎn)速已經(jīng)上升到給定值， ASR的給定電壓 gnU與轉(zhuǎn)速負反饋電壓 fnU相平衡，輸入偏差 nU?等于零。 第三階段是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。從電流升到最大值 amI開始，到轉(zhuǎn)速升到給定值為止，這是啟動過程的主要階段，在這個階段中， ASR 一直是飽和的，轉(zhuǎn)速負反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)。